战至10时，日军攻击机群已被击落47架战斗机和41架轰炸机，损失率超过四成，而美军这边仅损失了21架舰载战斗机，另有14架受伤返航。乍看起来，日军空军可以从他们的陆上基地派出一波又一波的机群，而美军航母编队在海上作战时舰载机损失一架就少一架，但与此同时，被击落的美军战机上，有百分之六十的飞行员得以幸存下来并重返战场，而日军飞行员的幸存比例不足半数，能在战争期间重返蓝天的还不到三分之一……
第一波攻击所遭受的惨痛损失并未令菲律宾日军萌生怯意，他们决意利用作战飞机数量上的总体优势实施车轮作战，直至摧毁美军航母编队或是将其远远驱逐出菲律宾海域。
10时50分，一百四十余架日军战机以两个大编队朝南行的美军航母编队袭来。这一次，日军航空部队改变了攻击策略，护航战机不再全力纠缠美军舰载机，而是分出一部分前去攻击美军航母，从而转移美军舰载战斗机的注意力，减轻己方轰炸机所遭受的阻力。这些日军战斗机刚一进入舰炮射程范围，美军航母和巡洋舰上的双联装127毫米高平两用炮便连连开火了。这种大口径高炮在防空作战中最突出的作用就是驱散来袭的敌方机群，令敌人无法以预先编排好的队形威胁水面目标，而接下来，护航驱逐舰的40毫米高炮和20毫米机关炮也迫不及待的开始射击，以弹幕形成一个较为严密的防御圈，防范低空袭来的日军战机。
在美军舰艇大中小口径防空枪炮的联合打击下，突防的日军零战接连被打爆或是击落，余下的慑于美军舰群的密集防空炮火而在外围徘徊不进。尽管这些日军战斗机对美军舰艇尤其是航母未构成实质性的威胁，但它们的直接突防依然起到了干扰美军舰载战斗机飞行员视线的效果，一些日军轰炸机趁机找到了空子。这一波除了驻扎在菲律宾的日军陆航部队，停泊在马尼拉湾的日本海军航母以及部署在吕宋岛的海军航空兵也尽遣鱼雷轰炸机上阵。激战之中，日军轰炸机的攻击开始对美军航母构成破坏。担任特混舰队旗舰的“企业”号首当其冲，它先是躲过了日军鱼雷机在较远距离投下的四条鱼雷，紧接着又遭到了几架日军陆攻的轰炸，一枚航空炸弹就在它的近舷位置爆炸，炸弹不但对水线以下的舰体结构造成了冲击，还炸伤了多名在舷侧防空战位上作战的水兵。值得庆幸的是，“企业”号虽不是有史以来防御最强的航母，却能够凭借厚实的装甲和严密的舱室结构抵御来自近失弹的侵损。
伴随着最后一队日军鱼雷机的突防，海空交战骤然进入高潮。几艘美军航母一面全力开火，一面以大转角进行水面机动。好在美国水面舰艇的“孤军奋战”并未持续太久，苦战不支的日军战斗机开始调头返航，得以抽身的“地狱猫”迅速加入到低空的战斗中来。舰载战斗机与轰炸机之间对抗并无太多的悬念，战斗很快变成了美军飞行员的训练赛和表演赛，有些技术高超的飞行员甚至在不足50米的距离对日军轰炸机的驾驶舱和油箱等薄弱部位进行精准射击。
看到那些涂着红膏药的战机一架接着一架被击落，美军舰员们个个欢欣鼓舞。带着微不足道的是损失，美国太平洋特混舰队在哈尔西的指挥下继续向南航行，而随着他们与菲律宾群岛的距离持续增大，诸如九六式陆攻这样的短腿轰炸机将无法再对他们构成威胁，一式陆攻也不得不减轻载荷以保证有效航程，陆基战斗机的有效护航时间亦相应缩短。
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